自然河道断面水动力模拟的黎曼求解器改进

【目的】自然河道具有断面复杂、流态多变等特点,影响了水动力模拟的收敛性、稳定性,在已有研究基础上,改进复杂断面的黎曼求解器以解决低水位时断面不连续造成的数值不稳定问题,对提升自然河道一维水动力模拟的适用性具有重要意义。【方法】对低水位时存在“锥形凹陷”形态特征的复杂自然河道断面,传统不规则断面HLL黎曼求解器模拟时,会在河道干湿界面处出现通量演进受阻问题,针对上述问题,在河道干湿界面处直接采用界面流量值代替传统不规则断面HLL黎曼求解器计算的通量,改进传统黎曼求解器,使其能够适用于存在“锥形凹陷”形态特征的复杂自然断面河道干湿界面模拟,基于改进后的黎曼求解器构建不规则河道断面一维水动力模型,并采用五个通用算例对该方法在不同条件下的适用性进行了验证。【结果】结果显示:在一维溃坝算例中,对存在“锥形凹陷”特征的复杂河道断面,采用传统不规则断面HLL黎曼求解器模拟时,在河道干湿界面处出现了数值失稳和通量演进受阻问题,应用改进后的HLL求解器可以有效解决上述问题,数值解与理论解的相关系数高于0.99,结果准确可靠;在三角形挡水建筑物溃坝试验中,模型对4个测站的洪水到达时间和洪水过程的模拟结果与实测数据吻合,相关系数都在0.95以上;在一维过驼峰恒定流算例和急缓流交替模拟的陡坡河道水面线计算中,模型与传统模型表现相当,都能正确地预测不同河道断面形状下水跃位置和水跃前水深的变化;在长江口澄通河段潮位模拟算例中,模型预测的4个观测站点的潮位模拟数据与实测数据相关系数都在0.99以上,均方根误差都在0.08以内。【结论】结果表明:改进后的黎曼求解器可有效解决自然河道存在“锥形凹陷”形态特征导致水动力模型在干湿交界处通量演进受阻问题,构建的不规则河道断面一维水动力模型能够准确模拟复杂地形下的洪水波过程和潮位的相互作用。

多波束点云中复杂河道断面地形的自动提取方法

针对水下地形复杂、多波束点云数据量冗余、无拓扑结构、密度分布不均匀,高效率、高精度提取河道断面难度大的问题,提出了一种基于改进DP算法的多波束点云中复杂河道断面地形的自动提取方法。该方法根据河道场景内点云的空间分布特征剔除噪点;通过桩点将点云分割成线性数据结构体,并转换到独立坐标系内,实现点云断面提取与组织管理;分析断面曲线与拟合曲线的亲和度,保留形态特征点和平滑点、剔除冗余点,完成断面形态精化。定性结果表明:该方法自动化程度高、形态特征点保留完整、冗余度有效降低。定量评价表明:面积差百分比平均值为0.02%、冗余度降低百分比平均值为80.85%,在降低数据冗余度的同时,河道断面形态、面积精度未受损失。

无人船在淮河河道断面监测中的应用

无人船测量技术应用于河道水下测量与传统人工测量方法相比,其具有便捷、速度快、安全性高等特点,而得到业界的广泛关注及使用。本文基于无人船测量技术对淮河干流安徽境内哑巴渡段进行河道大断面监测,绘制河道横断面图。通过数据分析,测量数据精确度有效可靠;采用统计学方法对测量深度互差值进行分析,结果表明数据聚集、收敛,符合正态分布。通过河道断面测量结果分析,了解河道发展趋势,为河道治理提供参考依据。

柯街河道断面水位流量关系单值化工程措施研究

为掌握柯街河道断面工程措施后断面冲淤变化、水文要素测验条件和水位流量关系变化等水文特征规律,推进水文数据采集自动化,数据管理信息化、数字化、智慧化建设,开展柯街河道断面水位流量关系单值化工程措施研究。依据工程措施前后实测水文资料,采用对比分析法和误差分析法,对工程措施实施效果进行统计分析。结果表明:工程措施实施后河道断面冲淤变化明显减小,水位及流量监测条件得到改善,水位流量关系变化趋于稳定,河道断面河段高洪水位至保证水位行洪能力降低6.4%~14.9%。柯街河道断面单值化工程措施效果明显,可为下一步工作的推进及河道断面单值化工程措施的应用推广和研究提供参考借鉴。

基于边坡可靠性分析的调水工程河道断面优化研究

研究以调水工程河道断面优化为背景,提出基于边坡可靠性分析的设计方法。通过建立边坡开挖模型,采用随机场理论,分析土体参数变化,确保每一级挖掘后边坡安全系数满足工程设计要求。结果表明,优化后的断面水位更为稳定,水流速度波动范围减小,验证了该方法的有效性。研究有助于确保河道断面在挖掘过程中的稳定性,从而提高工程的可行性,对调水工程领域与河道断面优化设计中具有重要意义。

河道治理工程中河道断面设计探讨

河道综合治理不仅能够改善和提高河流的排洪能力,还能够保障沿河人民的财产安全,提高河道沿岸景观的观赏性,因此河道综合治理技术具有重要的现实意义。目前,河道治理的断面主要以梯形、矩形以及复合型断面为主要应用形式,而其中复合型断面应用较为广泛,能够同时起到防洪和生态的作用。以惠州市南三河项目河道治理工程为例,在现有研究的基础上,分析当前河道综合治理中河道断面形式的应用。项目建设符合惠州市城市总体规划及其他相关规划,可以有效提高3条河涌的防洪排涝能力,恢复自然生态,为改善惠州市目前的水环境,也就是改善城市景观风貌,增强了惠州市城市发展潜力,增加城区环境资源的承载力,为经济的快速发展创造良好的投资环境保障。

淮安二站河道断面监测及变化特征分析

河道断面测量是水利工程建设项目前期重要的基础工作,测量成果质量直接影响工程的设计与施工。以淮安抽水二站为研究对象,为分析河道断面特征变化,分别采用DNA03数字水准仪、过河索法和测深锤等方法,对淮安抽水二站垂直位移、底板测点沉降和上下游冲淤量进行监测分析,研究成果可为相关工程管理提供参考。

射阳河河道断面测量和健康状况评价

通过采用现代信息技术对射阳河现场状况进行调查、运用断面测量技术对河道横断面形态进行测量和绘制断面图。以此为基础,对河岸带植被完整性程度、河道岸坡稳定性、河道淤积程度及防洪工程达标率等河流生态健康状况进行评价,并根据结果提出维持河流健康的相应对策。

基于高精度GPS河道断面测量的深基坑变形风险控制研究

针对深基坑变形风险控制问题,结合实际施工情况,采用天宝SX12 GPS系统对基坑围护结构竖向位移、水平位移、支撑轴力以及基坑周边地表沉降量进行了监测,并同步构建了有限元模型。由监测数据及模型结果表明,随着开挖深度增加,围护结构竖向位移出现波折式增大趋势,围护结构水平位移监测值与模拟值基本一致。对基坑监测点而言,在0.75H处为围护结构最大水平位移位置,模拟结果为0.68H处。开挖完成临河侧每层土体后,开挖1水平位移最大监测值与最大模拟值相差7.4%,开挖3水平位移最大监测值与最大模拟值相差10.3%。对于最大支撑轴力值而言,第二道和第三道的支撑轴力监测值与模拟值的误差较小,分别为17.19%和5.47%。在维持基坑整体稳定性中,基坑支撑结构起到关键作用,对于深大基坑,建议支撑选择具有更好连接性和刚度的钢筋混凝土材料。

基于H-ADCP的河道断面流速流量测算--以马房大桥在线流量站为例

在水文在线监测中,河道断面流速的准确测量是一项重要工作,由于断面流速的数据收集难度高、指标关系方程构建困难,现有的在线测流技术中流量计算误差较大。该文以广东省北江下游马房大桥在线流量站为例,采用基于H-ADCP的河道断面流速测量方式,并进行流量计算,将流量计算结果与船载走航式ADCP的实测结果进行比较分析,得出基于H-ADCP的河道断面流速测量和流量计算具有较高的测量精度,并且具有较好的时效性,能够满足水文测报的要求。

流域水文模型中河道断面概化的原理和方法

河道断面概化是开展水文、水动力学模拟的基础性工作。本文在对已有概化方法总结的基础上,提出了一套适用于流域水文模型的概化方法。该方法通过对实测断面的水深～过水面积关系进行回归分析,得到概化梯形断面的下底宽和边坡系数两个重要参数,使得概化后的断面与实测断面保持一致的水位～流量关系。以图们江流域为例,应用该方法对流域内15个实测断面进行概化,同时分析断面集水面积与断面形状、大小间关系。实例研究结果显示,该方法能较好地对河道断面进行概化,可应用于分布式水文模拟。

基于DEM的河道断面数据提取方法

河流数值模拟中常需要根据二维散点地形提取一维河道断面。针对该问题,提出一种基于数字高程模型(DEM)提取河道断面地形数据的方法。详细介绍了Auto CAD数据的提取,以及在Arc GIS10.0软件平台上将Auto CAD二维散点地形图转换成DEM,布设断面线,断面线插值至DEM,提取断面地形数据,丈量断面里程的具体操作方法。以汉江中下游干流丹江口至河口长约650 km的河段为例,利用该方法布设并提取了275个断面的地形数据。实践表明,该方法操作简单、便于掌握且处理能力较高,可广泛应用于河道演变分析、一维河流水动力、泥沙冲淤和污染物输移模拟的前处理工作中。

基于河道断面自净需水要求的自净补水研究

根据汾河干流污染较为严重的现状和污染物类型,以一维水质数学模型和水量平衡原理为基础,建立了河流自净需水量的计算模型,据此计算出满足地面水环境质量目标的自净需水量,并根据年径流量的大小,进一步确定河道断面的自净补水量。结果表明,选取COD和NH3-N作为控制因子,计算的二坝和义棠断面自净需水量分别为2.97×10~8、5.53×10~8m^3,义棠断面自净需水量较大;自净补水主要发生在平水年和枯水年,丰水年的自净需水量基本满足要求,自净补水主要发生在一年的非汛期中;所得结果为汾河干流生态恢复和汾河水库的生态调度研究提供一定的理论基础。

河道断面分形维数对面积测算误差的影响研究

采用分形布朗运动模型和数学函数模拟了不同形态的断面。参考长江河道地形测量方式,按一定间距在断面上提取测点数据并计算断面面积,引入分形维数描述断面不规则程度。通过断面面积的相对误差与分形维数之间的相关性分析,揭示了横断面面积计算误差的根源是河道地形起伏,误差随着断面分形维数的增大而呈幂函数递增。

河道断面流速分布函数研究

本文分析了影响河流或渠道断面流速分布的因素，建立了反映水流特点和河渠断面形状的指数型流速经验分布函数，并提出了相应的参数率定方法、导出了流速预报公式．实例应用表明，本文建立的河道断面流速分布函数模拟和预报精度较高，其成果为三峡工程大江截流期龙口和导流明渠的流速预报发挥了重要作用．

基于ArcGIS Engine的河道断面生成与数据获取

河道断面分析是河床演变分析的基础。传统河床演变分析方法中的断面分析主要是针对固定断面来进行,分析过程是根据固定断面的实测地形资料,绘制河道断面图,处理数据的工作量较大,且分析依赖断面实测资料的完整性。基于ArcGIS Engine的河道断面生成与数据获取解决了传统河床演变断面分析必须立足固定断面的局限。以河道地形测量数据为基础,利用GIS空间分析,可根据需求任意布设河道断面,河床演变的断面分析不再受到实测固定断面资料的局限。

基于地质雷达的河道断面测量的实验研究

河道断面测量工作烦琐,其测量精度取决于测点的密度和仪器精度,如果测线密度不足,则断面位置精度难以保证,反之则增加工作量;如果仪器精度不足,则同样存在这些问题.本文采用SIR-20地质雷达,通过室内实验方法探索河道断面测量技术的方法.介绍地质雷达用于河道断面测量的实验过程及其参数反分析确定方法,然后计算断面形状,并与实际图形对比.实验结果表明SIR-20地质雷达可以应用于河道断面测量,它不仅满足测量精度要求,而且可以实现断面连续扫描测量,提高断面形状描绘的精度,同时可以自动输出断面图像.此方法内业处理速度快、工作量小、省时省力,提高了工作效率和制图精度,为实际工程应用提供了依据.

利用DEM自动识别河道断面

在分析了传统河道断面提取方法后,以数字清江项目为例给出了一个基于数字高程模型(DEM)数据的河道断面提取方法,利用DEM数据中丰富的地面坐标和高程信息,自动识别河道断面方向并提取断面数据,整个过程主要由计算机进行处理,人工干预少,效率高。

对边测量与CASS软件在水利河道断面测量中的联合应用

文章从全站仪对边测量的方法入手,详细阐述了对边测量与CASS软件在过河水准测量中联合应用的方法,对水利河道断面过河测量工作起到了积极的借鉴作用。